化学无序晶体固体中的耦合相变现象

结构相变常与磁性和电子自由度耦合，从而在固体中实现涌现现象。在高熵氧化物（HEOs）中，这些相变通常被认为很少发生，因为其极端化学无序——类似于在高熵合金中所观察到的行为。这提出了一个根本性问题：在此类无序系统中，耦合相变的丰富物理是否仍然可能？本文我们表明，通过构成的复杂氧化物（CCOs）的有针对性设计可触发对称性降低的相变，以晶格型材料为代表案例。例如，[Mn$_{0.2}$Co$_{0.2}$Ni$_{0.2}$Cu$_{0.2}$Zn$_{0.2}$]Cr$_2$O$_4$ 含有两个 Jahn-Teller（J-T）活性离子，Upon cooling 经历两次连续的耦合结构相变：在 100 K 处为轨道驱动的相变，在 40 K 处为磁性驱动的相变。系统性地取代 $A$ 位阳离子揭示，Ni 和 Cu 对这些相变至关。元素特异的局部结构调查揭示了 Ni 和 Cu 周围的局部畸变呈现出截然不同的特征，而 Mn、Co 和 Zn 则基本保持未被畸变。这些结果表明，CCOs 可通过在化学无序晶格中“通过竞争实现合作”（cooperation via competition）等方式承托耦合相变。这一发现拓展了复杂氧化物的设计原则，引入了一种新范式，用于在传统对称性约束之外调控高熵体系的结构和功能属性。